本發明涉及一種醫用超導質子同步加速器，其包括多個偏轉二極磁鐵和多個直線節，所述偏轉二極磁鐵為超導磁鐵并具有邊緣角，并且其中至少一個所述直線節中包括水平散焦四極磁鐵。本發明通過首次在醫用質子加速器上采用超導的偏轉二極磁鐵結合微調工作點的水平散焦四極磁鐵，將全環包絡函數控制在較小水平，有效增加了同步加速器的接受度和質子儲存數目，提高了質子利用率和占空比，縮短治療時間；另外，本發明的結構非常緊湊，減少了不必要的間隙和磁鐵元件，以利用盡可能少的元件數目實現醫用加速器的功能，降低了同步加速器占用的空間，進而降低了建筑成本和治療成本。

技術領域

本發明涉及同步加速器領域，尤其涉及一種用于腫瘤治療的醫用超導質子同步加速器。

背景技術

質子在深度方向上優異的布拉格峰特性使得其成為腫瘤治療中最為先進的手段之一，目前世界上質子治療裝置和治療中心的建設越來越多。目前運行及建造中的質子治癌加速器主要是回旋加速器和同步加速器。回旋加速器可以提供穩定的連續束，其束流切斷和開啟速度很快，可以滿足呼吸門控的要求。但是回旋加速器改變能量依靠的是安放在高能線上的機械裝置——降能器，利用散射將束流能量降低；其優點是能量調節迅速，可以實現50毫秒一檔的改變能量速度，能夠支持快速重復掃描模式來治療移動腫瘤；但缺點是散射造成束流利用率很低，治療時最低能量70MeV時的通過效率不到1％，降能造成的散射和之后能量選擇造成的大量束流損失會導致極大的輻射，對輻射防護以及設備安全造成很大的壓力。

與回旋加速器相比，同步加速器的明顯優點在于它可以對束流的能量方便地進行調節，以適應放射治療對離子能量精確變化的需要，不需要額外的能量降能片，能夠確保相對干凈(輻射小)的環境。采用了新的多能量引出方式之后，其固有的換能時間緩慢、造成無效治療時間長而無法適應快速重復掃描的缺點基本不存在。已有專利文獻CN105392270A在具體磁鐵、電源等設計時，考慮了這種新的技術，從而極大減少了治療時間。但是這種加速器的設計具有以下缺點為：一是較為復雜，采用了8塊偏轉二極磁鐵和12塊聚焦和散焦四極磁鐵，元件的增加意味著可靠性的下降；二是結構不夠緊湊，元件與元件之間的空隙成了浪費；三是能耗較高，磁鐵是大功率設備，循環的升能降能過程浪費了大量能量；四是包絡函數仍然較大，因而空間電荷效應較大，導致粒子存儲較少。

周知的，同樣的偏轉角度下，超導磁鐵由于磁場強度強，其長度往往比常溫磁鐵要短上數倍，而超導線圈本身的損耗也極小，因此超導磁鐵是降低能耗和加速器規模的極好選擇。很多回旋和同步回旋加速器都開始采用超導磁鐵來降低能耗和加速器尺寸。但是，由于超導磁鐵的電感較大，一般情況下超導磁鐵磁場上升速度收到了限制。而非專利文獻Atomic Energy,Vol.112,No.2(2012)p80～p89中解決了制約超導磁鐵磁場上升速度的最大因素，達到了一般醫用質子同步加速器要求的大于4T/s的上升速度，因而使得超導磁鐵應用于同步加速器成為了可能。

發明內容

為了解決上述現有同步加速器中存在的問題，本發明旨在提供一種緊湊型的醫用質子同步加速器，以減小束流包絡函數，實現大的粒子儲存特性，同時結構較為簡單，能耗也較少。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種醫用超導質子同步加速器，包括多個偏轉二極磁鐵和多個直線節，其中，所述偏轉二極磁鐵為超導磁鐵并帶有邊緣角，并且其中至少一個所述直線節中包括水平散焦四極磁鐵。

優選地，所述同步加速器包括四個所述偏轉二極磁鐵，分別為：依次連接的第一至第四偏轉二極磁鐵，且該第一偏轉二極磁鐵還與第四偏轉二極磁鐵相連以構成一環形結構；

所述同步加速器包括四個所述直線節，分別為：連接在第一偏轉二極磁鐵與第四偏轉二極磁鐵之間、第一偏轉二極磁鐵與第二偏轉二極磁鐵之間、第二偏轉二極磁鐵與第三偏轉二極磁鐵之間以及第三偏轉二極磁鐵與第四偏轉二極磁鐵之間的第一至第四直線節。